林 衡，吳振國，唐志堅(jiān)

(福州電業(yè)局，福建 福州 350009)

由于電力電纜施工布線方便，又滿足市政建設(shè)對于外觀的要求，所以在近年來的電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，電纜的使用數(shù)量在迅速增加。然而日益增多的電纜也給日常運(yùn)行維護(hù)工作帶來了巨大壓力，維護(hù)工作稍有疏忽就容易導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。一旦電纜溝發(fā)生火災(zāi)，不僅會中斷供電，而且可能引起連鎖反應(yīng)，造成重大損失。

1 火災(zāi)原因

電纜燃燒的原因有很多，既可能是電纜本身存在質(zhì)量、設(shè)計(jì)缺陷等原因，也可能是施工、維護(hù)不當(dāng)?shù)绕渌颉?/p>

(1) 設(shè)計(jì)不合理。電纜過載能力不夠。

(2) 施工不當(dāng)。安裝過程中，電纜溝底未鋪墊砂子或軟土，也未加蓋板，電纜的彎曲半徑過??；施工時(shí)，未按規(guī)定分層敷設(shè)、絕緣距離不夠、敷設(shè)密度超標(biāo)、施工造成電纜機(jī)械損傷等。

(3) 材料老化。因電纜自身材質(zhì)和工藝差異，有一定的壽命差別，特別是在條件惡劣的電纜溝內(nèi)，老化速度會加快。

(4) 短路事故。經(jīng)過短路電流沖擊，導(dǎo)致電纜絕緣性能嚴(yán)重下降，容易發(fā)生短路。

(5) 電纜接頭發(fā)熱。電纜頭壓接不緊，三相壓接頭幾何位置不對稱，壓接管壓接后有金屬毛刺，接地電阻值超標(biāo)等都會導(dǎo)致電纜接頭發(fā)熱。

(6) 其他原因。電纜溝浸水事故或者有老鼠啃咬等都會造成電纜損傷，埋下電纜起火的隱患。

2 傳統(tǒng)的預(yù)防措施

目前，電力行業(yè)對電纜溝的管理大多還處于計(jì)劃檢修階段，一般采用定期巡視的方法對電纜溝的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查。這不但造成了很大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，潛在的火災(zāi)故障也很難被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，這種管理方式已經(jīng)成為電纜溝管理的短板。對于新建的電纜溝，可以采取以下幾個(gè)措施預(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生。

(1) 設(shè)置防火段。防火段可由防火涂料和防火隔板構(gòu)成，也可由輕型封閉式耐火槽盒構(gòu)成。

(2) 設(shè)置阻火墻。用普通紅磚砌墻，下邊在排水小溝的上面預(yù)留排水孔，且在墻的兩側(cè)涂上防火涂料，形成完整的阻火墻。電纜溝道在進(jìn)入建筑物處或電纜溝交叉處應(yīng)使用礦渣棉設(shè)置阻火墻。

(3) 采取防火密封。用石棉、泥、黃沙及石灰的混合物作密封填料，將電纜豎井及各種孔洞密封，以達(dá)到防火目的。

(4) 消防監(jiān)控。設(shè)置火災(zāi)自動報(bào)警裝置，報(bào)警器能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，以便及時(shí)采取滅火措施，防止火災(zāi)蔓延，將火災(zāi)撲滅在初始階段，避免或減少火災(zāi)損失。

對于已經(jīng)投運(yùn)的電纜溝，可以從以下幾個(gè)方面預(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生。

(1) 科學(xué)合理調(diào)度，盡量避免超負(fù)荷運(yùn)行；做好預(yù)防性試驗(yàn)工作，定期對電纜進(jìn)行耐壓試驗(yàn)；及時(shí)消除薄弱環(huán)節(jié)及運(yùn)行過程中的事故隱患。對運(yùn)時(shí)間較長的電纜要適當(dāng)延長試驗(yàn)周期，降低耐壓標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 檢測電纜及接頭的接地狀態(tài)。檢測電纜及接頭的接地是否良好，注意分析接地電阻的變化。

(3) 對關(guān)鍵部位進(jìn)行溫度測試。進(jìn)行電纜中間頭溫度的巡測，根據(jù)溫度變化分析其運(yùn)行狀況。

(4) 消防監(jiān)控。設(shè)置火災(zāi)自動報(bào)警裝置，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，及時(shí)消除，減少損失。

3 在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

電纜的額定載流量是由電纜絕緣的最高允許工作溫度決定的，即由電纜線芯外表面的最高允許溫度決定。在電纜工作時(shí)，其線芯表面溫度不僅與負(fù)荷電流的大小密切相關(guān)，還與電纜絕緣中的損耗、電纜的熱傳遞特性以及環(huán)境溫度相關(guān)。對于已經(jīng)投入運(yùn)行的電纜，電纜結(jié)構(gòu)和其他電纜的相位和空間關(guān)系、負(fù)荷的電壓和頻率等均已確定，電纜的總發(fā)熱量僅與導(dǎo)體溫度相關(guān)。所以，可以根據(jù)測溫系統(tǒng)提供的電纜表面溫度數(shù)值，配合電纜的散熱系數(shù)和周圍的敷設(shè)環(huán)境條件，建立護(hù)套表面溫度與電纜線芯溫度或載流量之間的對應(yīng)關(guān)系，對電纜的線芯溫度進(jìn)行反演計(jì)算，并與其允許溫度進(jìn)行比較，同時(shí)計(jì)算出電纜線路的實(shí)際負(fù)載率，及早發(fā)現(xiàn)電纜早期隱患，實(shí)現(xiàn)電纜線芯溫度的非接觸在線診斷，全面提升電網(wǎng)的運(yùn)行管理水平。

電纜溝內(nèi)引起的火災(zāi)事故絕大多數(shù)是由電纜及電纜頭過熱引起的，而從過熱到引起火災(zāi)的過程是比較緩慢的，需要有足夠的熱量積累，因此進(jìn)行電纜溝及電纜頭的溫度在線監(jiān)測是必要的，這樣就可以把電纜及電纜頭過熱引發(fā)的電纜溝火災(zāi)事故消滅在萌芽之中。

電纜溫度在線監(jiān)測有多種方法，下面將主要介紹施工簡單且行之有效的方法。

3.1 3種測溫電纜

測溫電纜是使用與普通電纜相類似材質(zhì)的電力電纜，施工比較方便。目前主要應(yīng)用的測溫電纜可分為差溫型電纜、定溫型電纜以及線型連續(xù)尋熱式熱電偶(flexible thermocouple line detector，簡稱FTLD)電纜。

差溫型電纜采用特殊熱敏材料，根據(jù)電纜電阻的大小來推算所感應(yīng)到的溫度，并且預(yù)先標(biāo)定。使用時(shí)環(huán)境溫度的變化對電纜的測量精度影響很大，但相對費(fèi)用較低。定溫型電纜由2根彈性鋼絲分別包敷熱敏材料，絞對成型，當(dāng)溫度升到額定溫度時(shí)熱敏絕緣材料的絕緣電阻發(fā)生躍變，幾近短路，據(jù)此發(fā)出報(bào)警信號，作用相當(dāng)于溫度開關(guān)。以上2種電纜雖然具備測溫能力，也比較容易施工，但測溫不夠準(zhǔn)確，而且主要是單點(diǎn)測溫，適用于短距離電纜線路的測溫。

FTLD電纜是溫度傳感器技術(shù)發(fā)展取得的成果，它利用熱電效應(yīng)，能夠連續(xù)自動產(chǎn)生其長度所及范圍內(nèi)，與最高溫度點(diǎn)溫度相對應(yīng)的微電壓信號。由于它獨(dú)特的本質(zhì)安全型特性和精確無誤報(bào)的優(yōu)良品質(zhì)，最初被發(fā)達(dá)國家作為尖端技術(shù)設(shè)備鋪設(shè)在航空母艦、驅(qū)逐艦的艦艙以及軍用飛機(jī)等軍事設(shè)備上。

物質(zhì)的燃燒過程通?？煞譃樵缙陔A段、陰燃階段、火焰放熱階段及衰減階段。在早期階段，由于物質(zhì)燃燒開始的預(yù)熱和氣化作用，主要產(chǎn)生可燃?xì)怏w和不可見的氣溶膠粒子，沒有可見的煙霧和火焰，熱量也很少。在此階段，火情僅局限于隱患部位的有限范圍內(nèi)，探測火情早期預(yù)警應(yīng)從此階段開始進(jìn)行。傳統(tǒng)的火災(zāi)探測器不能實(shí)時(shí)檢測溫度，而FTLD電纜是利用熱電效應(yīng)，連續(xù)自動產(chǎn)生監(jiān)測信號。其優(yōu)點(diǎn)是在溫度為-40℃～180 ℃時(shí)，不僅能讓用戶測定溫度異變的幅度和速率，而且能確定溫度異變的位置。在火災(zāi)尚未發(fā)生前及時(shí)進(jìn)行精確的溫度反饋，進(jìn)一步提高了火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)的可靠性。FTLD能連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測布防區(qū)域的最高溫度，克服了傳統(tǒng)“點(diǎn)式”溫度傳感器只能探測“某點(diǎn)”溫度的缺陷，因此FTLD電纜是測溫電纜中較為理想的選擇。

3.2 網(wǎng)絡(luò)測溫

由于電纜溝空間狹小、距離長，普通測溫傳感器的施工難度高，應(yīng)用難度較大。隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器很好地克服了傳統(tǒng)溫度傳感器的缺點(diǎn)。例如：美國DALLAS公司的DS18B20數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化溫度傳感器采用獨(dú)特的思路，成功地解決了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與成本之間的矛盾，使建立起使用方便、經(jīng)濟(jì)可靠的監(jiān)測系統(tǒng)成為可能。DS18B20應(yīng)用智能化現(xiàn)場總線的技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)中僅有數(shù)字信號傳輸，而且傳感器、采集模塊均可聯(lián)網(wǎng)，使系統(tǒng)更可靠、更有效地辨識電纜及其接頭的老化所發(fā)生的過熱和火災(zāi)事故隱患。對電纜過熱引起的火災(zāi)具有較強(qiáng)的早期預(yù)測能力，為現(xiàn)場設(shè)備的安全運(yùn)行提供了有力保證。該方案因?yàn)槭┕ず唵?，組網(wǎng)方便，在許多現(xiàn)場都有成功的應(yīng)用。

3.3 光纖測溫

所謂分布式溫度傳感器(distributed temperature sensing，簡稱DTS)是相對于傳統(tǒng)點(diǎn)式溫度傳感器而言的。DTS可以實(shí)現(xiàn)單傳感器對線型區(qū)域甚至面型區(qū)域的檢測。DTS技術(shù)是利用某些特殊的光波在光纖中傳播時(shí)光波會攜帶沿途各點(diǎn)的溫度信息這一技術(shù)原理，結(jié)合微弱光信號探測、超高速信號監(jiān)測等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的。由于采用了光纖作為傳感器，因而DTS技術(shù)具有了精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、壽命長等特點(diǎn)，是溫度傳感領(lǐng)域的發(fā)展趨勢之一。

DTS可以連續(xù)地得到沿探測光纜的所有溫度信息，不存在監(jiān)測盲區(qū)。而且光纖本身由石英材料組成，具備完全的電絕緣性；同時(shí)，光纖傳感器的信號是以光纖為載體的，具有本質(zhì)安全性，在惡劣的電磁環(huán)境仍中可以正常工作。DTS測量距離遠(yuǎn)，適于遠(yuǎn)程監(jiān)控，在無需中繼的情況下可以實(shí)現(xiàn)十幾公里的遠(yuǎn)程監(jiān)測；DTS還具有靈敏度高，測量精度高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，適合對長距離的電纜溝進(jìn)行精確溫度監(jiān)測。更為重要的是，DTS不僅可以監(jiān)測電纜上的異常熱點(diǎn)，還可以對電纜進(jìn)行載流量監(jiān)控。這使得DTS既能有效預(yù)防火災(zāi)事故，還可以為電纜工作情況的分析提供參考。

4 結(jié)論

測溫電纜施工比較簡單，成本較低，但需要引入外部電源，因此只適合測溫距離短、測溫點(diǎn)少、測溫精度要求低的場合。網(wǎng)絡(luò)式測溫施工相對電纜測溫復(fù)雜，但測溫精度更高，組網(wǎng)靈活，數(shù)字信號的抗干擾能力更強(qiáng)，成本也較低，但同樣需要外部電源，因此也只適合在短距離、較少監(jiān)測點(diǎn)的電纜溝應(yīng)用。光纖測溫施工難度一般，精度高、壽命長、信號傳輸可靠、不需要外接電源，但一次性投入相對較大，因此適合長距離密集的溫度監(jiān)測，對重點(diǎn)供電線路的電纜溝建議采取DTS光纖溫度監(jiān)測。

對于電力系統(tǒng)電纜溝的火災(zāi)隱患必須予以高度重視。只要有科學(xué)的態(tài)度，無論是新建的電纜溝還是已經(jīng)投運(yùn)的，都可以通過先進(jìn)的溫度在線監(jiān)測方式來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的溫度監(jiān)測，甚至可以監(jiān)測電纜的載流情況，這不但能有效防止火災(zāi)的發(fā)生，也能提高電網(wǎng)運(yùn)行管理的水平，向智能電網(wǎng)更近一步發(fā)展。

1 富廷全，羅 睿，李健平．用電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)防電纜溝火災(zāi)[J]．吉林電力，1998(05).

2 李書權(quán)．電力電纜運(yùn)行溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)：[學(xué)位論文]．大連：大連理工大學(xué), 2002.

3 張 霄，劉 凱．淺析地下電纜隧道火災(zāi)的撲救[J]．廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006(S1).